超聲技術(shù)對(duì)雜糧的應(yīng)用及其研究進(jìn)展

◎ 魏 雪，李建華

（河南工業(yè)大學(xué) 糧油食品學(xué)院，河南 鄭州 450001）

目前，超聲技術(shù)主要應(yīng)用于食品的提取、保鮮和加工中，它還在冷凍、干燥、嫩化、濃縮、解凍等眾多單元操作中有著重要的應(yīng)用[1-2]。雜糧是現(xiàn)在研究的熱點(diǎn)和難點(diǎn)，由于雜糧口感較差并且不易成型，所以雜糧主食化和功能化也成為了如今研究的難題。對(duì)雜糧中有效成分的提取和處理通常會(huì)用到超聲技術(shù)，因此本文綜述了國(guó)內(nèi)外超聲處理在雜糧食品中的應(yīng)用，并對(duì)其發(fā)展前景進(jìn)行展望。

1 超聲技術(shù)的原理及應(yīng)用

1.1 超聲技術(shù)的原理

超聲波是由于機(jī)械振動(dòng)在介質(zhì)中傳播的超出人耳聽(tīng)力范圍的一種機(jī)械波[3]。超聲的基本原理類(lèi)似于光波和聲波的反射和散射[4]，是一種新型的技術(shù)，它可以提高食品加工過(guò)程中的效率，還能夠與溫度、壓力等因素相結(jié)合而產(chǎn)生協(xié)同作用[5]。根據(jù)超聲波技術(shù)在食物中實(shí)際應(yīng)用的強(qiáng)度和頻率，可以將其大致劃分為低強(qiáng)度的超聲波和高強(qiáng)度的超聲波兩類(lèi)。

1.2 超聲技術(shù)的主要應(yīng)用

1.2.1 超聲輔助提取

超聲波輔助提取食品中的有效成分應(yīng)用較為廣泛，它克服了傳統(tǒng)技術(shù)的缺點(diǎn)，提高了產(chǎn)量，在提高提取率的同時(shí)有效縮短了提取時(shí)間[6]。侯磊等[7]利用超聲輔助提取小米中的谷糠油，并對(duì)提取工藝進(jìn)行了優(yōu)化，提取率達(dá)到72.31%，結(jié)果表明超聲輔助無(wú)水乙醇提取小米谷糠油的工藝路線(xiàn)是可行的，這就為小米谷糠進(jìn)一步的開(kāi)發(fā)利用提供了一定的理論支撐。目前，超聲波輔助提取已被廣泛運(yùn)用于食品和天然產(chǎn)物的提取與分離[8]。

1.2.2 超聲滅菌及保鮮

超聲為非熱效應(yīng)，因此在殺菌過(guò)程中可以較好地保留食品中的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，并且可以殺死食物表皮的病毒和細(xì)菌，所以成為近年來(lái)研究的熱點(diǎn)。由于超聲發(fā)生空化作用使壓力和溫度瞬時(shí)增大，從而導(dǎo)致細(xì)胞質(zhì)溶出；同時(shí)空化作用還會(huì)激發(fā)產(chǎn)生大量的自由基，從而達(dá)到殺菌滅毒的效果[9]。超聲波以及超聲波和其他技術(shù)協(xié)同殺菌與傳統(tǒng)的一些高溫高壓殺菌的方法相比具有除菌速度快、滅菌效果好等優(yōu)點(diǎn)，能夠殺死某些細(xì)菌和病毒，達(dá)到保鮮蔬菜水果等食品的作用。

1.2.3 超聲解凍

因?yàn)槌暡ň哂屑铀賯髻|(zhì)和傳熱的作用，所以可以把它作為食品解凍過(guò)程中的一個(gè)輔助手段。馬翼飛等[10]用靜水解凍、流水解凍、微波解凍、低溫空氣解凍和超聲波解凍5種方法對(duì)小黃魚(yú)進(jìn)行解凍。5種方式中，用超聲波解凍的方法能夠有效維持魚(yú)肉的質(zhì)構(gòu)，同時(shí)還能在色澤、pH值、蛋白質(zhì)和脂質(zhì)氧化以及水分遷移變化上使解凍后小黃魚(yú)的品質(zhì)保持較高水平，其他方法的加工效率不高或?qū)π↑S魚(yú)的品質(zhì)影響較大。因此超聲解凍不僅可以縮短食品的解凍時(shí)間，并且可以有效維持食品的品質(zhì)。

1.2.4 超聲干燥

超聲可以增加水分在食品中的轉(zhuǎn)移速度，加快脫水速度。孟繁博等[11]探究了在超聲波的預(yù)處理下，用熱風(fēng)干燥的方法使火龍果片脫水，測(cè)定火龍果片的品質(zhì)變化情況。結(jié)果表明，超聲預(yù)處理能夠提高火龍果片的干燥速率，節(jié)約干燥時(shí)間，改善了干燥過(guò)程中火龍果片體積收縮的狀況，并且脫水后還能維持果干原有的色澤，對(duì)后續(xù)復(fù)水時(shí)間和品質(zhì)等沒(méi)有影響，由此可知，在熱風(fēng)干燥前對(duì)火龍果片進(jìn)行超聲預(yù)處理可以提高火龍果片的品質(zhì)。

2 超聲技術(shù)在雜糧中的應(yīng)用

劉賢釗等[12]通過(guò)改變超聲波的功率來(lái)探究對(duì)玉米淀粉糊化和流變特性的影響，實(shí)驗(yàn)表明：經(jīng)過(guò)超聲波處理后的玉米淀粉與未加處理的相比稠度更高，流動(dòng)性相對(duì)較差；當(dāng)超聲功率增大時(shí)，玉米淀粉糊的觸變性反而減小。李歡歡等[13]對(duì)玉米淀粉進(jìn)行不同的超聲時(shí)間處理，利用淀粉粘度儀來(lái)測(cè)定玉米淀粉糊化特性的有關(guān)參數(shù)并進(jìn)行分析。結(jié)果表明，玉米淀粉進(jìn)行超聲處理的時(shí)間與起糊溫度、總回生度呈顯著正相關(guān)，與峰值黏度、淀粉降落數(shù)值呈顯著負(fù)相關(guān)，由此說(shuō)明對(duì)玉米淀粉進(jìn)行超聲處理可以改變它的糊化特性。有研究表明[14]，由于超聲作用產(chǎn)生的瞬時(shí)高溫高壓能夠加速淀粉分子的降解反應(yīng)，在一定程度上改變了蛋白質(zhì)的空間結(jié)構(gòu)，所以會(huì)造成玉米淀粉糊化和流變特性的變化。

王成祥等[15]通過(guò)4種不同的方法（微粉碎、超聲波、酶解及超聲輔助酶解法）處理青稞膳食纖維，測(cè)定處理后青稞膳食纖維的指標(biāo)。測(cè)定結(jié)果表明：膳食纖維通過(guò)超聲輔助酶解處理后，可溶性膳食纖維（SDF）含量和持油力最高，并且持水力、膨脹力和α-淀粉酶抑制力都比其他幾種處理方法要好，由此可見(jiàn)，超聲輔助酶解法應(yīng)用于青稞膳食纖維的功能改性有較為明顯的效果。牛希等[16]對(duì)燕麥的膳食纖維進(jìn)行超聲處理，比較超聲處理和未經(jīng)超聲處理燕麥膳食纖維的理化特性和結(jié)構(gòu)特征的變化情況。結(jié)果表明：經(jīng)過(guò)超聲處理后的燕麥膳食纖維，其持水力、水膨脹力和持油力方面都優(yōu)于未經(jīng)超聲處理過(guò)的；通過(guò)DSC分析儀可以發(fā)現(xiàn)經(jīng)過(guò)超聲處理后的燕麥膳食纖維的熱焓值顯著增加，從而使膳食纖維的熱穩(wěn)定性得到較大的改善。因此，超聲技術(shù)可以應(yīng)用于一些雜糧膳食纖維的穩(wěn)定化處理。

吳云雪等[17]利用超聲-溫度協(xié)同技術(shù)，通過(guò)響應(yīng)面法建立了苦蕎粉脫苦后的營(yíng)養(yǎng)成分、苦味評(píng)分與浸提溫度、浸提時(shí)間、料液比之間的數(shù)據(jù)模型，確立了苦蕎粉通過(guò)超聲-溫度協(xié)同技術(shù)在原有脫苦工藝中的最佳參數(shù)：當(dāng)浸提時(shí)間為19 min、料液比為1∶16.5時(shí)，得到的脫苦后的苦蕎粉營(yíng)養(yǎng)提高并且苦味程度降低。因此可知在原有脫苦工藝的基礎(chǔ)上加入了超聲-溫度輔助技術(shù)，超聲和溫度會(huì)形成協(xié)同效應(yīng)，加速苦蕎粉脫苦，能夠在保留苦蕎粉中營(yíng)養(yǎng)成分的同時(shí)顯著降低苦味評(píng)分。金文苑[18]對(duì)原有經(jīng)過(guò)浸泡法脫苦的燕麥進(jìn)行了超聲處理，發(fā)現(xiàn)超聲可以加快燕麥脫苦的速度，并且探究了超聲時(shí)間、溫度和功率對(duì)于燕麥脫苦效果的影響。研究表明：當(dāng)超聲時(shí)間在1 h內(nèi)時(shí)，燕麥的苦味值隨著超聲時(shí)間的延長(zhǎng)而降低；當(dāng)超聲溫度≤60 ℃ 時(shí)，燕麥的苦味程度會(huì)隨著溫度的升高而減??；當(dāng)超聲功率≤200 W時(shí)，燕麥的苦味程度隨著超聲功率的增大而減?。划?dāng)超聲功率≥200 W時(shí)，燕麥的苦味程度會(huì)隨著超聲功率的增大而增大。因此超聲技術(shù)對(duì)于雜糧的脫苦工藝有著一定的改善和促進(jìn)作用。

丁芳芳等[19]采用超聲技術(shù)對(duì)豌豆蛋白進(jìn)行改性，發(fā)現(xiàn)超聲功率、時(shí)間和豌豆蛋白質(zhì)量濃度會(huì)影響豌豆蛋白的乳化特性，通過(guò)單因素實(shí)驗(yàn)和正交方法進(jìn)行改性條件的優(yōu)化，結(jié)果表明：豌豆蛋白超聲改性最好的工藝條件是豌豆蛋白質(zhì)量濃度30 mg·mL-1、超聲持續(xù)時(shí)間40 min、超聲波功率500 W，超聲改性通過(guò)破壞蛋白質(zhì)空間結(jié)構(gòu)，進(jìn)一步改善了豌豆蛋白的功能性特征。望運(yùn)滔等人[20]在不同的超聲時(shí)間下分別對(duì)鷹嘴豆分離蛋白進(jìn)行預(yù)處理，分析了超聲時(shí)間對(duì)鷹嘴豆分離蛋白的物理化學(xué)特征和功能特性的影響。結(jié)果表明，超聲處理對(duì)鷹嘴豆分離蛋白的乳化具有明顯的改善作用，當(dāng)超聲強(qiáng)度為450 W時(shí)可以明顯改善鷹嘴豆分離蛋白的功能特性，說(shuō)明高強(qiáng)度的超聲波處理可以改變鷹嘴豆分離蛋白的結(jié)構(gòu)，從而改變其功能特性。

3 展望

本文介紹了超聲技術(shù)的作用機(jī)制及其在雜糧中應(yīng)用的研究情況，雖然超聲技術(shù)處于工業(yè)化生產(chǎn)應(yīng)用的起步階段，在食品工廠(chǎng)中沒(méi)有被大規(guī)模地應(yīng)用，但是超聲技術(shù)有效率高、耗能低、廢物排放低等巨大優(yōu)勢(shì)，在食品保存、提取和加工方面等方面有巨大的應(yīng)用潛力。